FR3089429A1 - Method and apparatus for purifying a hydrogen-rich gas - Google Patents

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Abstract

Dans un procédé de séparation d’un mélange (1) riche en hydrogène contenant également de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane, on sépare le mélange dans un séparateur de phase (9) pour former un débit gazeux (11) riche en hydrogène mais appauvri en argon et/ou méthane et/ou monoxyde de carbone et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et on réchauffe au moins une première partie (2) du débit gazeux dans l’échangeur de chaleur pour servir de premier produit riche en hydrogène, on envoie une deuxième partie (13 du débit à une colonne de lavage (17) dont le gaz de tête constitue un deuxième produit (3, 8). Figure de l’abrégé : Fig. 1In a process for separating a mixture (1) rich in hydrogen also containing argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane, the mixture is separated in a phase separator (9) to form a gas flow (11) rich in hydrogen but depleted in argon and / or methane and / or carbon monoxide and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and it is heated at least a first part (2) of the gas flow in the heat exchanger to serve as the first product rich in hydrogen, a second part (13 of the flow is sent to a washing column (17) whose head gas constitutes a second product (3, 8) Figure of the abstract: Fig. 1

Description

DescriptionDescription

Titre de l'invention : Procédé et appareil de purification d’un gaz riche en d’hydrogèneTitle of the invention: Method and apparatus for purifying a hydrogen-rich gas

[0001] La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de purification d’un gaz riche en hydrogène, par exemple contenant au moins 60% mol d’hydrogène, de préférence au moins 80% mol d’hydrogène, voire au moins 90% mol d’hydrogène.The present invention relates to a method and an apparatus for purifying a hydrogen-rich gas, for example containing at least 60 mol% of hydrogen, preferably at least 80 mol% of hydrogen, or even at minus 90% mol of hydrogen.

[0002] Un gaz riche en hydrogène peut contenir des composés tels que le CO, le méthane, l’argon et éventuellement au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane ; il peut être purifié à l’aide d’un procédé de lavage à l’azote dans une boîte froide. Après traitement, l’hydrogène contient des quantités plus faibles en CO, méthane, argon, etc., par contre, il s’est enrichi en azote.A hydrogen-rich gas can contain compounds such as CO, methane, argon and possibly at least one hydrocarbon heavier than methane; it can be purified using a nitrogen washing process in a cold box. After treatment, the hydrogen contains lower amounts of CO, methane, argon, etc., on the other hand, it is enriched in nitrogen.

[0003] Les procédés de lavage à l’azote ne produisent, habituellement, qu’un seul type d’hydrogène.The nitrogen washing processes usually produce only one type of hydrogen.

[0004] Les procédés de lavage à l’azote sont pertinents lorsqu’il est possible d’ajouter de l’azote à l’hydrogène traité. C’est par exemple le cas pour les usines de synthèse d’ammoniac. Pour ce type d’usine, le gaz de synthèse est un mélange d’H2 et d’N2. Ainsi, le procédé de lavage à l’azote permet, à la fois, de purifier l’hydrogène, et de faire l’appoint en azote pour avoir un mélange N2/H2 adéquat (rapport H2 / N2 de 3/1).The nitrogen washing processes are relevant when it is possible to add nitrogen to the treated hydrogen. This is for example the case for ammonia synthesis plants. For this type of plant, the synthesis gas is a mixture of H 2 and N 2 . Thus, the nitrogen washing process makes it possible both to purify the hydrogen and to add nitrogen to have an adequate N 2 / H 2 mixture (H 2 / N 2 ratio of 3 / 1).

[0005] Le procédé de lavage à l’azote n’est pas adapté si le gaz purifié ne doit pas contenir d’azote.The nitrogen washing process is not suitable if the purified gas must not contain nitrogen.

[0006] Si l’on souhaite produire deux types d’hydrogène, de l’hydrogène contenant de l’azote, et de l’hydrogène ne contenant pas d’azote, l’hydrogène est séparé en amont de la boîte froide. L’hydrogène qui n’est pas envoyé dans la boîte froide n’est pas enrichi en azote par le procédé de lavage à l’azote, par contre, il n’est pas purifié en CO, méthane ou argon.If you want to produce two types of hydrogen, hydrogen containing nitrogen, and hydrogen containing no nitrogen, the hydrogen is separated upstream of the cold box. Hydrogen which is not sent to the cold box is not enriched in nitrogen by the nitrogen washing process, on the other hand, it is not purified into CO, methane or argon.

[0007] La présente invention permet de produire deux types d’hydrogène: de l’hydrogène purifié contenant de l’azote (par exemple, pour une usine de synthèse d’ammoniac), et de l’hydrogène purifié ne contenant pas (ou peu) d’azote (par exemple, pour une usine de synthèse de méthanol).The present invention makes it possible to produce two types of hydrogen: purified hydrogen containing nitrogen (for example, for an ammonia synthesis plant), and purified hydrogen not containing (or little) nitrogen (for example, for a methanol synthesis plant).

[0008] L'invention apporte comme amélioration par rapport à l'état de l'art, la réduction des impuretés dans l’H2 non enrichi en azote. Cet H2 peut être utilisé, par exemple, pour synthétiser du méthanol. La réduction des impuretés, notamment des composés inertes, permet d’augmenter l’efficacité de la synthèse d’ammoniac.The invention provides as an improvement over the state of the art, the reduction of impurities in H 2 not enriched in nitrogen. This H 2 can be used, for example, to synthesize methanol. The reduction of impurities, in particular of inert compounds, makes it possible to increase the efficiency of the synthesis of ammonia.

[0009] Le procédé de lavage à l’azote est utilisé depuis les années 1960, comme par exemple dans le procédé de US3312075 ou celui de US4765814. Comme mentionné précédemment, il peut être utilisé pour traiter des gaz à base d’H2 qui vont, ensuite,The nitrogen washing process has been used since the 1960s, as for example in the process of US3312075 or that of US4765814. As mentioned previously, it can be used to treat H 2 -based gases which then go

[0010][0010]

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[0018] alimenter des usines de synthèse d’ammoniac.Supply ammonia synthesis plants.

L’invention proposée est un procédé de lavage à l’azote, qui permet de produire deux types d’hydrogène:The proposed invention is a nitrogen washing process, which makes it possible to produce two types of hydrogen:

• de l’hydrogène “classiquement” produit par les procédés de lavage à l’azote, c’est à dire de l’hydrogène appauvri en impuretés types telles que monoxyde de carbone et/ou méthane et/ou argon, mais qui, par contre, s’est enrichi en azote. Cet hydrogène est produit en suivant les différentes étapes décrites précédemment dans la partie “état de l’art”.• hydrogen “conventionally” produced by nitrogen washing processes, ie hydrogen depleted in typical impurities such as carbon monoxide and / or methane and / or argon, but which, by against, is enriched in nitrogen. This hydrogen is produced by following the various stages described above in the “state of the art” section.

• de l’hydrogène appauvri en impuretés, azote compris. Cet hydrogène est produit par refroidissement du gaz à une température cryogénique. Une partie du gaz se condense, les impuretés se concentrent dans la phase liquide, la phase gaz est enrichie en H2.• hydrogen impoverished in impurities, including nitrogen. This hydrogen is produced by cooling the gas to a cryogenic temperature. Part of the gas condenses, the impurities are concentrated in the liquid phase, the gas phase is enriched in H 2 .

Le procédé proposé consiste à refroidir le débit d’alimentation jusqu’à une température de -182 °C environ, via des échangeurs de chaleur cryogéniques. Une partie du gaz se condense. Le condensât est ensuite séparé de la phase gaz dans un séparateur de phases. La phase gaz sortant du séparateur de phases est enrichie en hydrogène et appauvrie en impuretés telles que monoxyde de carbone et/ou méthane et/ou argon etc. Cette phase gaz est ensuite séparée en deux parties: une partie de l’hydrogène est envoyée dans la colonne de lavage à l’azote, l’autre partie est réchauffée dans les échangeurs de chaleur cryogéniques. Cette deuxième partie constitue l'H2 non enrichi en azote.The proposed process consists in cooling the feed flow to a temperature of around -182 ° C, via cryogenic heat exchangers. Part of the gas condenses. The condensate is then separated from the gas phase in a phase separator. The gas phase leaving the phase separator is enriched in hydrogen and depleted in impurities such as carbon monoxide and / or methane and / or argon etc. This gas phase is then separated into two parts: part of the hydrogen is sent to the washing column with nitrogen, the other part is reheated in the cryogenic heat exchangers. This second part constitutes the H 2 not enriched in nitrogen.

L’hydrogène envoyé dans la colonne de lavage à l’azote est récupéré, sous forme purifiée, en tête de colonne. Dans ce cas de base, l’hydrogène est réchauffé dans l’échangeur avant de faire l’appoint en azote liquide.The hydrogen sent to the nitrogen washing column is recovered, in purified form, at the top of the column. In this basic case, the hydrogen is heated in the exchanger before topping up with liquid nitrogen.

Lorsque l’on mélange l’azote et l’hydrogène, le gaz se refroidit. On réintroduit donc le mélange à un point plus froid de l’échangeur.When nitrogen and hydrogen are mixed, the gas cools. The mixture is therefore reintroduced at a colder point on the exchanger.

A noter que selon les cas, l’H2 peut être réchauffé à une température intermédiaire (entre -182 et 30 °C), avant de réaliser l’appoint en azote.Note that, depending on the case, the H 2 can be reheated to an intermediate temperature (between -182 and 30 ° C), before carrying out the nitrogen addition.

Le liquide récupéré en cuve de la colonne de lavage (liquide riche en azote) est détendu.The liquid recovered in the tank of the washing column (liquid rich in nitrogen) is expanded.

Le bilan frigorifique de l’unité est assuré par un appoint en azote liquide. Le LN2 est détendu, puis mélangé au liquide récupéré en cuve de la colonne de lavage. Le mélange est ensuite réchauffé dans les échangeurs cryogéniques.The refrigeration balance of the unit is ensured by adding liquid nitrogen. The LN2 is expanded, then mixed with the liquid recovered in the tank of the washing column. The mixture is then reheated in the cryogenic exchangers.

Le condensât récupéré suite au refroidissement du débit d’alimentation (condensât riche en méthane) est également détendu et envoyé dans les échangeurs cryogéniques.The condensate recovered after cooling the feed flow (methane-rich condensate) is also expanded and sent to cryogenic exchangers.

Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’un mélange riche en hydrogène contenant également de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ ou du méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et éven3 tuellement de l’azote dans lequel :According to an object of the invention, there is provided a method for separating a mixture rich in hydrogen also containing argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and possibly nitrogen in which:

a. on refroidit le mélange dans un échangeur de chaleur,at. the mixture is cooled in a heat exchanger,

b. on condense au moins une partie du mélange pour former un débit diphasique, on sépare le gaz dans un séparateur de phase pour former un débit gazeux riche en hydrogène mais appauvri en argon et/ou méthane et/ou monoxyde de carbone et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et on réchauffe une première partie du débit gazeux dans l’échangeur de chaleur pour servir de premier produit riche en hydrogène,b. at least part of the mixture is condensed to form a two-phase flow, the gas is separated in a phase separator to form a gas flow rich in hydrogen but depleted in argon and / or methane and / or carbon monoxide and / or at least a hydrocarbon heavier than methane and a first part of the gas flow is heated in the heat exchanger to serve as the first product rich in hydrogen,

c. on envoie une deuxième partie, voire le reste, du débit gazeux ou le reste du mélange à une colonne de lavage,vs. a second part, or even the rest, of the gas flow or the rest of the mixture is sent to a washing column,

d. on envoie un débit d’azote liquide en tête de la colonne de lavage,d. we send a flow of liquid nitrogen at the top of the washing column,

e. on sort de la tête de la colonne de lavage un gaz riche en hydrogène, appauvri en argon et/ou méthane et/ou monoxyde de carbone et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et contenant de l’azote que l’on réchauffe dans l’échangeur de chaleur, pour servir de deuxième produit, éventuellement après l’avoir mélangé avec de l’azote liquide et/ou gazeux, ete. a gas rich in hydrogen, depleted in argon and / or methane and / or carbon monoxide and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and containing nitrogen than nitrogen is removed from the head of the washing column it is heated in the heat exchanger, to serve as a second product, possibly after having been mixed with liquid and / or gaseous nitrogen, and

f. on sort un débit liquide de la cuve de la colonne de lavage.f. a liquid flow is taken out of the tank of the washing column.

[0019] Selon d’autres aspects facultatifs :According to other optional aspects:

• le premier produit contient moins de 5% mol d’azote, voire moins d’ 1% mol d’azote.• the first product contains less than 5% mol of nitrogen, or even less than 1% mol of nitrogen.

• le deuxième produit contient moins de méthane et/ou d’argon et/ou de monoxyde de carbone et/ou d’au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane que le premier produit.• the second product contains less methane and / or argon and / or carbon monoxide and / or at least one heavier hydrocarbon than methane than the first product.

• le premier produit contient moins d’azote que le deuxième produit.• the first product contains less nitrogen than the second product.

• le gaz riche en hydrogène sort de la tête de la colonne de lavage contenant plus de 1% mol. d’azote, de préférence plus de 5 % mol. d’azote. ...• the hydrogen-rich gas leaves the head of the washing column containing more than 1 mol%. nitrogen, preferably more than 5% mol. nitrogen. ...

• on détend le liquide du séparateur de phases, on le sépare dans un séparateur de phases additionnel, on réchauffe le gaz et le liquide du séparateur de phases additionnel dans l’échangeur de chaleur.• the liquid from the phase separator is expanded, it is separated in an additional phase separator, the gas and the liquid from the additional phase separator are heated in the heat exchanger.

• les frigories sont fournies au moins principalement, de préférence en totalité par envoi d’azote liquide d’une source extérieure à un séparateur de phases du procédé.• the frigories are supplied at least mainly, preferably entirely by sending liquid nitrogen from an external source to a phase separator of the process.

[0020] Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un procédé industriel comprenant un procédé de synthèse de méthanol alimenté par le premier produit du procédé tel que décrit ci-dessus et un procédé de synthèse d’ammoniac alimenté par le deuxième produit du procédé tel que décrit ci-dessus.According to another object of the invention, there is provided an industrial process comprising a methanol synthesis process supplied by the first product of the process as described above and an ammonia synthesis process supplied by the second product of the process as described above.

[0021] Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’un mélange riche en hydrogène contenant également de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et éventuellement de l’azote comprenant un échangeur de chaleur, un séparateur de phases, une colonne de lavage, des moyens pour envoyer le mélange se refroidir et se condenser partiellement dans l’échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer au moins une partie mélange partiellement condensé au séparateur de phases, des moyens pour envoyer une partie du gaz du séparateur de phases se réchauffer dans l’échangeur comme premier produit, des moyens pour envoyer une deuxième partie, voire le reste, du gaz du séparateur de phases ou une partie du mélange à la colonne de lavage, des moyens pour envoyer un débit d’azote liquide en tête de la colonne de lavage, des moyens pour sortir de la tête de la colonne de lavage un gaz riche en hydrogène, appauvri en argon et/ou méthane et/ou monoxyde de carbone et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et contenant de l’azote et des moyens pour envoyer le gaz riche en hydrogène se réchauffer dans l’échangeur de chaleur, pour servir de deuxième produit, éventuellement après l’avoir mélangé avec de l’azote liquide et des moyens pour sortir un débit liquide de la cuve de la colonne de lavage. [0022] Selon une variante de l’invention, il est prévu une unité comprenant un appareil tel que décrit ci-dessus, une unité de synthèse de méthanol, une unité de synthèse d’ammoniac, des moyens pour envoyer le premier produit à l’unité de synthèse de méthanol et des moyens pour envoyer le deuxième produit à l’unité de synthèse d’ammoniac.According to another object of the invention, there is provided an apparatus for separating a mixture rich in hydrogen also containing argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and possibly nitrogen comprising a heat exchanger, a phase separator, a washing column, means for sending the mixture to cool and partially condense in the heat exchanger, means for send at least part of the partially condensed mixture to the phase separator, means for sending part of the gas from the phase separator to heat up in the exchanger as first product, means for sending a second part, or even the rest, of phase separator or part of the mixture to the washing column, means for sending a flow of liquid nitrogen at the head of the washing column, means for leaving a gas rich in hydrogen from the head of the washing column, app provided with argon and / or methane and / or carbon monoxide and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and containing nitrogen and means for sending the hydrogen-rich gas to heat up in the heat exchanger, to serve as a second product, possibly after having mixed it with liquid nitrogen and means for removing a liquid flow from the tank of the washing column. According to a variant of the invention, there is provided a unit comprising an apparatus as described above, a methanol synthesis unit, an ammonia synthesis unit, means for sending the first product to the methanol synthesis unit and means for sending the second product to the ammonia synthesis unit.

[0023] L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux [fig.l], [Fig.2], [Fig.3] et [Fig.4] qui représentent des procédés selon l’invention.The invention will be described in more detail with reference to [fig.l], [Fig.2], [Fig.3] and [Fig.4] which represent methods according to the invention.

[0024] [fig.l] montre un procédé pour produire deux produits 2, 3. Un débit gazeux 1 riche en hydrogène, contenant au moins 60% mol d’hydrogène, de préférence au moins 80% mol d’hydrogène, voire au moins 90% mol d’hydrogène contient aussi de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourds que le méthane et éventuellement de l’azote. Un exemple de composition est donné dans le bilan matière qui suit.[Fig.l] shows a process for producing two products 2, 3. A gas flow 1 rich in hydrogen, containing at least 60% mol of hydrogen, preferably at least 80% mol of hydrogen, or even at at least 90 mol% of hydrogen also contains argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and optionally nitrogen. An example of composition is given in the material balance which follows.

[0025] Le débit 1 est refroidi de 40°C à -70°C dans un échangeur de chaleur 23 et ensuite de -70°C à -182°C dans un échangeur de chaleur 25. A une pression de 52 bars et partiellement condensé, il est envoyé à un séparateur de phases 9. Le gaz 11 de ce séparateur 9 est divisé en deux. Une première partie 2 sert de premier produit riche en hydrogène, étant enrichi en hydrogène et appauvri en argon et/ou en monoxyde de carbone et/ou en méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourds que le méthane et éventuellement en azote par rapport au débit 1.The flow 1 is cooled from 40 ° C to -70 ° C in a heat exchanger 23 and then from -70 ° C to -182 ° C in a heat exchanger 25. At a pressure of 52 bars and partially condensed, it is sent to a phase separator 9. The gas 11 from this separator 9 is divided into two. A first part 2 serves as the first product rich in hydrogen, being enriched in hydrogen and depleted in argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane and optionally nitrogen compared at flow 1.

[0026] Une deuxième partie 13 qui est le reste du débit 11 est envoyée en cuve de la colonne de lavage 17 où elle est lavée par un débit d’azote liquide 21 injecté en tête de colonne. Cet azote 21 est produit en condensant de l’azote gazeux 4 d’une source extérieure dans les échangeurs 23, 25.A second part 13 which is the rest of the flow 11 is sent to the tank of the washing column 17 where it is washed with a flow of liquid nitrogen 21 injected at the top of the column. This nitrogen 21 is produced by condensing nitrogen gas 4 from an external source in the exchangers 23, 25.

[0027] Il en résulte un débit gazeux 8 légèrement appauvri en hydrogène par rapport au débit 1 mais également appauvri en en argon et/ou en monoxyde de carbone et/ou en méthane et/ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane. Par contre il est enrichi en azote, du fait du lavage, avec un contenu de presque 10% mol pour l’exemple.This results in a gas flow 8 slightly depleted in hydrogen compared to flow 1 but also depleted in argon and / or carbon monoxide and / or methane and / or at least one hydrocarbon heavier than methane. On the other hand, it is enriched in nitrogen, due to washing, with a content of almost 10% mol for the example.

[0028] Ce deuxième produit riche en hydrogène 8 peut être mélangé avec de l’azote gazeux ou liquide 19, par exemple pour former un mélange d’azote et d’hydrogène 3 adapté à être converti en ammoniac.This second hydrogen-rich product 8 can be mixed with gaseous or liquid nitrogen 19, for example to form a mixture of nitrogen and hydrogen 3 adapted to be converted into ammonia.

[0029] Le liquide de cuve 10 de la colonne 17 est détendu dans une vanne VI et mélangé avec un débit d’azote liquide 7 provenant d’un stockage et réglé par une vanne V2. Le mélange est envoyé à un séparateur de phases 27. Le gaz 29 et le liquide 31 du séparateur 27 sont mélangés et réchauffés dans les échangeurs 23, 25. Le mélange formé 5 est riche en azote (presque 50% mol) et peut servir de carburant.The tank liquid 10 of the column 17 is expanded in a valve VI and mixed with a flow of liquid nitrogen 7 from a storage and regulated by a valve V2. The mixture is sent to a phase separator 27. The gas 29 and the liquid 31 of the separator 27 are mixed and heated in the exchangers 23, 25. The mixture formed 5 is rich in nitrogen (almost 50% mol) and can serve as fuel.

[0030] Le liquide de cuve 15 du séparateur 9 est détendue dans une vanne V3 et envoyé à un séparateur de phases 33. Le liquide 35 du séparateur 33 se vaporise dans l’échangeur 25 et est mélangé avec le gaz réchauffé 37 du séparateur 33 pour former un débit 6 riche en méthane qui sert comme carburant.The tank liquid 15 of the separator 9 is expanded in a valve V3 and sent to a phase separator 33. The liquid 35 of the separator 33 vaporizes in the exchanger 25 and is mixed with the heated gas 37 of the separator 33 to form a flow 6 rich in methane which is used as fuel.

[0031] De l’azote liquide 19 est rajouté au débit 8 après avoir été refroidi dans l’échangeur 23 et un peu dans l’échangeur 25. Le mélange d’azote liquide et du gaz est renvoyé dans l’échangeur 25 à une température plus basse que celle du liquide ou du gaz avant le mélange.Liquid nitrogen 19 is added to the flow 8 after being cooled in the exchanger 23 and a little in the exchanger 25. The mixture of liquid nitrogen and gas is returned to the exchanger 25 at a lower temperature than the liquid or gas before mixing.

[0032] De préférence le deuxième produit 8 contient moins de méthane et/ou d’argon et/ou de monoxyde de carbone et/ou d’au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane que le premier produit 2.Preferably, the second product 8 contains less methane and / or argon and / or carbon monoxide and / or at least one heavier hydrocarbon than methane than the first product 2.

[0033] De préférence le premier produit 2 contient moins d’azote que le deuxième produit 8.Preferably the first product 2 contains less nitrogen than the second product 8.

[0034] Ainsi le procédé permet de produire un premier produit 2 contenant très peu d’azote (dans l’exemple moins que 1% mol) mais riche en hydrogène ainsi qu’un deuxième produit 8 riche en hydrogène mais contenant également de l’azote.Thus the method allows to produce a first product 2 containing very little nitrogen (in the example less than 1% mol) but rich in hydrogen and a second product 8 rich in hydrogen but also containing nitrogen.

[0035] La tenue en froid du procédé est assurée par l’arrivée d’azote liquide 7 d’une source extérieure. Aucun débit n’est détendu dans une turbine.The cold behavior of the process is ensured by the arrival of liquid nitrogen 7 from an external source. No flow is relaxed in a turbine.

[0036] Un appareil opérant selon ce procédé peut être incorporé dans une unité comprenant une unité de synthèse de méthanol et une unité de synthèse d’ammoniac, des moyens étant reliés pour envoyer le premier produit à l’unité de synthèse de méthanol et des moyens étant reliés pour envoyer le deuxième produit à l’unité de synthèse d’ammoniac.An apparatus operating according to this process can be incorporated into a unit comprising a methanol synthesis unit and an ammonia synthesis unit, means being connected to send the first product to the methanol synthesis unit and means being connected to send the second product to the ammonia synthesis unit.

[0037] Bilan MatièreMaterial Balance

[0038][0038]

[Tableaux 1][Tables 1]

.........ï..........ï.......4....... ......... ï .......... ï ....... 4 ....... .......7 ....... 7 '!.........3........[ '! ......... 3 ........ [ .......8........ï........2....... ....... 8 ........ ï ........ 2 ....... ]..........g.......f ] .......... g ....... f ........5........] ........ 5 ........] Unîtes | Units | AtnWReifofl $ AtnWReifofl $ fi? fi? § LHï § LHï : {après ΐ; &opatîtt Njj i : {after ΐ; & opatîtt Njj i (swtfc ôdionne) (swtfc ôdionne) $ Prsmter § produit H? $ Prsmter § product H? i Gaz rictus ©si; § CHs i Grin gas © si; § CHs Gazrîeha § w»#? § Gazrîeha § w »#? § P I P I bar g ) bar g) 51.& ) 51. &) 53.3 53.3 < c: e <c: e : 49.7 i : 49.7 i 7 7 ; ; ) I-8 i) I- 8 i 4.0 ) 4.0) T T ! ! 40 40 ; d 7' ; d 7 ' *190 * 190 ] 42 ] 42 ) 43 ii ) 43 ii 42 ) 42) “Q 1 “Q 1 3—7SÎ Γ 3—7SÎ Γ Sa Her P '»2 P '»2 T Î8Î 353 f T Î8Î 353 f Tao/B' Tao / B ' 4 sswS' 4 sswS ' ï 7 383 Γ ï 7,383 Γ 'T?S3p 'T? S3p ................... moWsii i ................... moWsii i

Γη/ Γη / t â you T 3 iT 3 i 3.7488 ] 3.7488] 0.8828 0.8828 ΟίΐΓΤ' ΟίΐΓΤ ' 'O4C7 'O4C7 ..........-------- ..........-------- Γ'δο Γ'δο ftSÏÏ ftSÏÏ 1 3 1 3 ~[ 0 [ ~ [0 [ 0-ippm i) 0-ippm i) ................... ................... 8,8-148 p 8.8-148 p 80825- 80825- 073] 073] [ctü [ctü Û.Û372 Û.Û372 1 o 1 o 't û T 't û T Ûpp-p [ Ûpp-p [ ο Γ ο Γ 0,)3397 0,) 3397 ù'Ï2âë ù'Ï2âë : Ay : Ay î î 0O®5 0O®5 i 0.0001 i 0.0001 § Ο,ΟΟΰΐ ; § Ο, ΟΟΰΐ; 0,0010 i 0.0010 i (•Ό263 (• Ό263 G C24-7 ] G C24-7] : : 20 ppm 20 ppm ) 0 ) 0 ï 0 ; ï 0; 0 ρρήι ii 0 ρρήι ii Oppin ) Oppin) G ppr· G ppr 0 ppm 0 ppm : vix : vix 0.0034 0.0034 i 0.9S99 i 0.9S99 1 i 1 i oasëï ] oasëï] 0 0 0.0031 i 0.0031 i 8.0103 8.0103 0/ÏS36 ] 0 / ÏS36] ! ! i....................i i .................... i 0.0321 0.0321 ) 8 ) 8 ; 3 ;; 3 ; 3aa::i ) 3aa :: i) 8 ppm ) 8 ppm) 0 ppm 0 ppm

[0039] [fig-2] montre une variante de la [Fig.l] où une partie 28 du mélange partiellement condensé sort de l’échangeur 28 à un niveau intermédiaire et est envoyé à un séparateur de phase 9’. Le liquide 15 du séparateur 9’ est envoyé après détente dans la vanne V3 au séparateur 33. Le gaz du séparateur 9’ est divisé en deux, une partie 30 étant renvoyé au mélange 1 à un niveau intermédiaire de l’échangeur 25 et le reste 2 étant réchauffé dans les échangeurs 25, 23 pour servir de premier produit 2.[Fig-2] shows a variant of [Fig.l] where a part 28 of the partially condensed mixture leaves the exchanger 28 at an intermediate level and is sent to a phase separator 9 ’. The liquid 15 from the separator 9 'is sent after expansion in the valve V3 to the separator 33. The gas from the separator 9' is divided into two, part 30 being returned to the mixture 1 at an intermediate level of the exchanger 25 and the rest 2 being reheated in the exchangers 25, 23 to serve as the first product 2.

[0040] Le mélange refroidi jusqu’au bout froid de l’échangeur 25 alimente la colonne 8 comme débit ILThe mixture cooled to the cold end of the exchanger 25 feeds column 8 as IL flow

[0041] [fig.3] montre une variante de la [Fig.l] où une partie 28 du mélange condensé sort de l’échangeur 28 à un niveau intermédiaire et est envoyée à un séparateur de phase 9’. Le liquide 15’ du séparateur 9’ est envoyé après détente dans la vanne au séparateur 33. Le gaz 30 du séparateur 9’ est renvoyé au mélange 1 à un niveau intermédiaire de l’échangeur 25.[Fig.3] shows a variant of [Fig.l] where a part 28 of the condensed mixture leaves the exchanger 28 at an intermediate level and is sent to a phase separator 9 ’. The liquid 15 ′ from the separator 9 ′ is sent after expansion in the valve to the separator 33. The gas 30 from the separator 9 ′ is returned to the mixture 1 at an intermediate level of the exchanger 25.

[0042] Le mélange refroidi jusqu’au bout froid de l’échangeur 25 est partiellement condensé et envoyé à un séparateur de phase dont le gaz 11 sert en partie de produit 2 et en partie pour alimenter la colonne 8 comme débit 13.The mixture cooled to the cold end of the exchanger 25 is partially condensed and sent to a phase separator whose gas 11 is used partly as product 2 and partly to supply column 8 as flow 13.

[0043] [fig-4] montre une variante de la [Fig 1] où de l’azote liquide 19 est rajouté au débit 8 après avoir été refroidi dans les deux échangeurs 23, 25 jusqu'au bout froid.[Fig-4] shows a variant of [Fig 1] where liquid nitrogen 19 is added to the flow 8 after being cooled in the two exchangers 23, 25 until the cold end.

[0044] Bilan Matière [fig.l]Material balance [fig.l]

[0045][0045]

[T ableaux [T ableau2] ][T ableaux [T ableau2]]

Référé nce Referred 1 1 4 4 7 7 3 3 8 8 2 2 6 6 5 5 Caracté ristiques Characteristics Unités Units Aliment ation Food n2 n 2 ln2 ln 2 h2/n 2 (après appoin tN2)h 2 / n 2 (after adding tN 2 ) h2/n 2 (sortie colonn e)h 2 / n 2 (column exit) Premie r produi t h2 First product th 2 Gaz riche en CH 4 CH-rich gas 4 Gaz riche en- N2 Gas rich in- N 2 P P bar g bar g 51.9 51.9 53.0 53.0 5.5 5.5 49.7 49.7 49.7 49.7 49.7 49.7 4.0 4.0 4.0 4.0 T T °C ° C 45 45 40 40 185 185 42 42 -190 -190 42 42 42 42 42 42 Q Q Nm3/hNm 3 / h 203 751 203,751 48 100 48 100 760 760 181 353 181 353 150 765 150 765 56 000 56,000 7 393 7,393 7 753 7,753 Compo Compo mol/mo 1 mol / mo 1 h2 h 2 0.9376 0.9376 0 0 0 0 0.7499 0.7499 0.9020 0.9020 0.9734 0.9734 0, 0407 0, 0407 0, 0807 0, 0807 CO CO 0.0171 0.0171 0 0 0 0 0.4 PPm 0.4 PPm 0.0148 0.0148 0, 0825 0, 0825 0, 2673 0, 2673 ch4 ch 4 0.0372 0.0372 0 0 0 0 0 ppm 0 ppm 0.0071 0.0071 0, 8397 0, 8397 0, 1286 0, 1286 Ar Ar 0.0025 0.0025 0.0001 0.0001 0.000 1 0.000 1 6 ppm 6 ppm 0.0016 0.0016 0, 0263 0, 0263 0, 0297 0, 0297 co2 co 2 20 ppm 20 ppm 0 0 0 0 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm N2 N2 0.0034 0.0034 0.9999 0.9999 0.999 9 0.999 9 0.2501 0.2501 0.0979 0.0979 0.0031 0.0031 o, 0108 o, 0108 o, 4936 o, 4936 h2oh 2 o 0.0021 0.0021 0 0 0 0 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm 0 ppm

Claims (1)

[Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6][Claim 1] [Claim 2] [Claim 3] [Claim 4] [Claim 5] [Claim 6] RevendicationsClaims Procédé de séparation d’un mélange (1) riche en hydrogène contenant également de l’argon ou du monoxyde de carbone ou du méthane ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et éventuellement de l’azote dans lequel :Process for the separation of a hydrogen-rich mixture (1) also containing argon or carbon monoxide or methane or at least one hydrocarbon heavier than methane and optionally nitrogen in which: on refroidit le mélange dans un échangeur de chaleur (23, 25), on condense au moins une partie du mélange pour former un débit diphasique, on sépare le gaz dans un séparateur de phase (9, 9’) pour former un débit gazeux (11) riche en hydrogène mais appauvri en argon ou méthane ou monoxyde de carbone /ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et on réchauffe au moins une première partie (2) du débit gazeux dans l’échangeur de chaleur pour servir de premier produit riche en hydrogène, on envoie une deuxième partie (13), voire le reste, du débit gazeux ou le reste du mélange (11) à une colonne de lavage (17), on envoie un débit d’azote liquide (21) en tête de la colonne de lavage, on sort de la tête de la colonne de lavage un gaz riche en hydrogène, appauvri en argon ou méthane ou monoxyde de carbone ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et contenant de l’azote que l’on réchauffe dans l’échangeur de chaleur, pour servir de deuxième produit (8), éventuellement après l’avoir mélangé avec de l’azote liquide (19) ou gazeux, et on sort un débit liquide (10) de la cuve de la colonne de lavage.the mixture is cooled in a heat exchanger (23, 25), at least part of the mixture is condensed to form a two-phase flow, the gas is separated in a phase separator (9, 9 ') to form a gas flow ( 11) rich in hydrogen but depleted in argon or methane or carbon monoxide / or at least one hydrocarbon heavier than methane and at least a first part (2) of the gas flow is heated in the heat exchanger to serve as the first hydrogen-rich product, we send a second part (13), or even the rest, of the gas flow or the rest of the mixture (11) to a washing column (17), we send a flow of liquid nitrogen (21) at the head of the washing column, a hydrogen-rich gas, depleted in argon or methane or carbon monoxide or at least one hydrocarbon heavier than methane and containing nitrogen than l is removed from the head of the washing column 'reheated in the heat exchanger, to serve as a second product (8), possibly a after having mixed it with liquid (19) or gaseous nitrogen, and a liquid flow (10) is taken out of the tank of the washing column. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le premier produit (2) contient moins de 5% mol d’azote, voire moins d’ 1% mol d’azote. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième produit (8) contient moins de méthane et/ou d’argon et/ou de monoxyde de carbone et/ou d’au moins un hydrocarbure plus lourd que le premier produit (2).The method of claim 1 wherein the first product (2) contains less than 5% mol of nitrogen, or even less than 1% mol of nitrogen. Process according to Claim 1 or 2, in which the second product (8) contains less methane and / or argon and / or carbon monoxide and / or at least one heavier hydrocarbon than the first product (2) . Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier produit (2) contient moins d’azote que le deuxième produit (8). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz riche en hydrogène (8) sort de la tête de la colonne de lavage contenant plus de 1% mol. d’azote, de préférence plus de 5 % mol. d’azote. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel on détend le liquide (15, 15’) du séparateur de phases (9, 9’), on le sépare dans un séparateur de phases additionnel (33), on réchauffe le gaz (37) [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] et le liquide (35) du séparateur de phases additionnel dans l’échangeur de chaleur (23, 25).Method according to one of the preceding claims, in which the first product (2) contains less nitrogen than the second product (8). Method according to one of the preceding claims, in which the hydrogen-rich gas (8) leaves the head of the washing column containing more than 1 mol%. nitrogen, preferably more than 5% mol. nitrogen. Method according to one of the preceding claims, in which the liquid (15, 15 ') is expanded from the phase separator (9, 9'), it is separated in an additional phase separator (33), the gas (37 ) [Claim 7] [Claim 8] [Claim 9] [Claim 10] and the liquid (35) of the additional phase separator in the heat exchanger (23, 25). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel les frigories sont fournies de préférence principalement par envoi d’azote liquide (7) d’une source extérieure à un séparateur de phases (27) du procédé.Method according to one of the preceding claims, in which the frigories are preferably supplied mainly by sending liquid nitrogen (7) from an external source to a phase separator (27) of the method. Procédé industriel de séparation d’un mélange (1) riche en hydrogène, de synthèse de méthanol et de synthèse d’ammoniac comprenant un procédé de séparation d’un mélange (1) riche en hydrogène selon une des revendications précédentes, un procédé de synthèse de méthanol alimenté par le premier produit (2) du procédé selon l’une des revendications précédentes et un procédé de synthèse d’ammoniac alimenté par le deuxième produit (3, 8) du procédé selon la même revendication. Appareil de séparation d’un mélange riche en hydrogène contenant également de l’argon ou du monoxyde de carbone ou du méthane ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et éventuellement de l’azote comprenant un échangeur de chaleur (23, 25), un séparateur de phases (9, 9’), une colonne de lavage (17), des moyens pour envoyer le mélange se refroidir et se condenser partiellement dans l’échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer au moins une partie (28) du mélange partiellement condensé au séparateur de phases, des moyens pour envoyer au moins une première partie du gaz du séparateur de phases se réchauffer dans l’échangeur comme premier produit (2), des moyens pour envoyer une deuxième partie (13), voire le reste, du gaz du séparateur de phases ou une partie du mélange (11) à la colonne de lavage, des moyens pour envoyer un débit d’azote liquide en tête de la colonne de lavage, des moyens pour sortir de la tête de la colonne de lavage un gaz (8) riche en hydrogène, appauvri en argon ou méthane ou monoxyde de carbone ou au moins un hydrocarbure plus lourd que le méthane et contenant de l’azote et des moyens pour envoyer le gaz riche en hydrogène se réchauffer dans l’échangeur de chaleur, pour servir de deuxième produit (3), éventuellement après l’avoir mélangé avec de l’azote liquide (19) et des moyens pour sortir un débit liquide de la cuve de la colonne de lavage.Industrial process for the separation of a mixture (1) rich in hydrogen, for the synthesis of methanol and for the synthesis of ammonia comprising a process for the separation of a mixture (1) rich in hydrogen according to one of the preceding claims, a process for synthesis of methanol supplied by the first product (2) of the process according to one of the preceding claims and a process for the synthesis of ammonia supplied by the second product (3, 8) of the process according to the same claim. Apparatus for separating a mixture rich in hydrogen also containing argon or carbon monoxide or methane or at least one hydrocarbon heavier than methane and possibly nitrogen comprising a heat exchanger (23, 25) , a phase separator (9, 9 '), a washing column (17), means for sending the mixture to cool and partially condense in the heat exchanger, means for sending at least one part (28) of the partially condensed mixture at the phase separator, means for sending at least a first part of the gas from the phase separator to heat up in the exchanger as the first product (2), means for sending a second part (13), or even the rest of the gas from the phase separator or part of the mixture (11) to the washing column, means for sending a flow of liquid nitrogen at the head of the washing column, means for leaving the head of the column washing a gas (8) rich in hydrogen, depleted laughed in argon or methane or carbon monoxide or at least one hydrocarbon heavier than methane and containing nitrogen and means for sending the hydrogen-rich gas to heat up in the heat exchanger, to serve as a second product ( 3), possibly after having mixed it with liquid nitrogen (19) and means for removing a liquid flow from the tank of the washing column. Unité comprenant un appareil selon la revendication 9, une unité de synthèse de méthanol, une unité de synthèse d’ammoniac, des moyens pour envoyer le premier produit à l’unité de synthèse de méthanol et des moyens pour envoyer le deuxième produit à l’unité de synthèse d’ammoniac.Unit comprising an apparatus according to claim 9, a methanol synthesis unit, an ammonia synthesis unit, means for sending the first product to the methanol synthesis unit and means for sending the second product to the ammonia synthesis unit.
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